JPH07103073B2 - テレフタル酸のエステル化方法 - Google Patents

テレフタル酸のエステル化方法

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JPH07103073B2
JPH07103073B2 JP61227718A JP22771886A JPH07103073B2 JP H07103073 B2 JPH07103073 B2 JP H07103073B2 JP 61227718 A JP61227718 A JP 61227718A JP 22771886 A JP22771886 A JP 22771886A JP H07103073 B2 JPH07103073 B2 JP H07103073B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はテレフタル酸(TPAという)と1,4−ブタンジオ
ール(BDという)とを回分反応によりエステル化する方
法に関するものである。
(従来の技術) ポリブチレンテレフタレートは良好な成形性,優れた機
械特性及び電気特性を有するため,エンジニアリングプ
ラスチックとして,広く工業的に利用されている。
ポリブチレンテレフタレートの製造法はテレフタル酸ジ
アルキルエステルを出発原料とするエステル交換法とTP
Aを出発原料とする直重法に大別されるが,原料コスト
面から直重法が有利であると考えられている。しかしな
がら直重法によりエステル化反応する場合,末端カルボ
キシル基がBDの閉環を促進するため,一般にフラン化合
物の副生が多く,BDによるTPAのエステル化反応が阻害さ
れるという欠点があった。
このような欠点を解消するため種々エステル化触媒が検
討されており,例えば特公昭54−30029号公報,特開昭5
7−38818号公報等にチタン化合物が有効であることが記
載されている。また,特公昭58−50974号公報,同58−5
0975号公報にはチタン化合物触媒の存在下,気状のBDを
TPAと反応させることによりテトラヒドロフラン(THFと
いう)の副生を抑制する方法が提案されている。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の技術においては,触媒がエステル化反応速度を促
進するので,THFの副生量は相対的には減少するが,依然
としてTHFの副生があり,根本的な解決策とはいえなか
った。
本発明は上記THFの副生量が極めて少ない効率の良いエ
ステル化方法の提供を目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは,このような問題点を解決するため鋭意検
討の結果,ビス−4−ヒドロキシブチルテレフタレート
及び/又はその低重合体(BHTという)が特定量存在す
る反応槽に,TPAとBDとを供給し,特定の条件でエステル
化反応を行うことが有効であることを見出し本発明に至
った。
すなわち,本発明の要旨は,次のとおりである。
TPAとBDとをエステル化反応させるに際し,第一段階と
してBHTを式(I)を満足する量で予め存在させた反応
槽に,TPAとBDとを式(II)及び(III)を満足する時間
で連続的あるいは間欠的に供給し,反応槽の内容物のエ
ステル化反応率が常時60〜92%に保持されるようにして
エステル化反応を行い,次いで第二段階のエステル化反
応をテレフタル酸を供給することなく行うことを特徴と
するTPAの回分式エステル化方法。
B≧A≧0.20×B (I) A:予め反応槽に存在させるビス−4−ヒドロキシブチル
テレフタレート及び/又はその低重合体の量(重量
部) B:1回の反応で生産すべきビス−4−ヒドロキシブチル
テレフタレート及び/又はその低重合体の量(重量部) A/B≧−0.57×D/C+0.60 (II) C:第一段階及び第二段階のエステル化反応における全所
要時間(hrs) D:第一段階のエステル化反応時間(hrs) D≦0.90×C (III) 本発明において,予め反応槽にBHTを存在させる方法と
しては,通常,それ以前の反応で得られた生成物を供給
するか,前回の反応物の一部を残存させる方法で行われ
るが,スタートアップ(すなわち,第一バッチ目の反
応)の場合は,テレフタル酸ジメチルエステルとBDとの
エステル交換反応により得られたBHT又は他のエステル
化反応槽からのBHTを溶融状態で受入れたり,あるいは
固体BHTを投入し溶融させる等適宜の方法で行われる。
予め反応槽に存在させるBHTとしては,エステル化反応
により得られたBHTの場合は,エステル化反応率が60%
以上,好ましくは80%以上であればよい。また,テレフ
タル酸ジメチルとBDとのエステル交換反応により得られ
たBHTの場合はエステル交換反応率が95%以上のものが
好ましい。
本発明において予め反応槽に存在させるBHTの量は,通
常,反応槽で1回に生成されるBHT量の20%以上,100%
以下とすることが重要である。この範囲はいずれも経済
的な見地によるものであり,20%以下では反応開始時の
量が少なく,その結果1バッチの反応が終了するのにか
なりの時間を要する。一方,100%を超える場合は1バッ
チの反応時間は短くなるが,1バッチ分の量を生産するの
に2バッチ分以上の大きさの反応槽が必要となり,設備
費が高く,結果としてコスト的に不利となる。
本発明における重要な点はTPAとBDの供給速度であり,
反応槽の内容物のエステル化反応率が常時60〜92%,好
ましくは75〜90%に保持されるように調整することにあ
る。
反応率の調整は,TPA及び/又はBDの供給量を調節するこ
とにより可能である。すなわち,反応率が低くなり過ぎ
た場合にはTPAとBDの供給量を減少したり,BDの供給量の
みを多くし,また,反応率が高くなりすぎた場合にはこ
れと逆の操作を行えばよい。内容物のエステル化反応率
が60%未満になるとBDからのTHFの副生が極めて多くな
り,供給するBDの量を増やす必要があり,コスト高とな
ってしまうし,BDを増やさなければエステル化反応率が
不充分となり,次の重縮合反応に支障をきたす。一方,9
2%以上の反応率を保たせながら反応する場合には,内
容物において溶解しているTPAが反応して消費される量
の方が,粒状TPAが溶解して行く量よりも多くなり,供
給するTPAの速度が不充分となる。すなわち,反応速度
に見合った量が供給されない状態であり,結果として生
産性が低下し,反応終了までの時間が長くなる。
本発明において反応槽に供給するTPAに対するBDのモル
比は1.1〜2.0が好ましい。このモル比が1.1未満では得
られるBHTのエステル化反応率が不充分となり,次の重
縮合工程での重合度上昇が不完全となる。逆にモル比が
2.0以上では反応に必要な量以上のBDを余分に加えるこ
とになり,経済的に不利である。
反応槽へ供給するBDの一部は反応により生成する水と共
に系外へ留出するが,分縮器にてBDを凝縮させ反応槽へ
還流させてもよい。この場合には供給するBDの量を相対
的に減少しても差し支えない。TPAに対するBDのモル比
はそれぞれ第一段階,第二段階とも独立に定め,その供
給速度は一定であることが好ましい。本発明の説明にお
けるBDモル比はこの還流するBDは含まないものとする。
水と共に系外へ留出したBDを蒸留分離し,再びエステル
化反応の原料として使用してもよい。
TPAとBDの供給は,TPAとBDとを混合したスラリーとして
行うのが一般的であるが,両者を別々に供給してもよ
い。以下の説明においては特別の場合を除きTPAとBDの
供給はスラリーとして行うものとする。
本発明においては,残存BHTに対しスラリーを一度に加
えるのではなく,反応槽の内容物のエステル化反応率が
常時60%以上に維持されるように徐々に加えることを基
本としているが,スラリーを供給してエステル化反応を
行う時間D(すなわち,第一段階のエステル化反応時
間)と1バッチのエステル化反応を行う全時間(すなわ
ち,第一段階と第二段階のエステル化反応に要する全所
要時間)との関係は,前記式(II),及び(III)を満
足することが重要である。
エステル化反応における全所要時間とは,エステル化反
応率が90〜98%となる迄の時間,すなわち,第一段階と
第二段階のエステル化反応に要する全所要時間をいう。
式(II)を満足しない場合は,エステル化反応系の反応
率を60%以上に保持することが難しくなり,結果として
THFの副生が多くなるためBDの使用量が多くなる。
式(III)を満足しない場合は,TPAとBDを混合したスラ
リーを供給しないでエステル化反応を行う第二段階の反
応時間が短くなり,エステル化反応率が低く,場合によ
っては未反応TPA粒子が存在し,次の重縮合反応に支障
をきたす。
エステル化反応を行う温度は220〜260℃,好ましくは23
0〜250℃とすることが望ましい。220℃未満の場合は,
反応速度が遅く,生産性が悪いためコスト高となる。26
0℃を超える場合は,THFの副生が増え,BDの供給量を増や
す必要がある。BDの供給を増やさなければTPAのエステ
ル化反応率が低く,次の重縮合反応での重合度上昇が不
充分となる。
TPAに対する供給BDのモル比は,1.1〜2.0であることが必
要であり,1.1以下ではTPAとBDのエステル化反応が不充
分となり,また,2.0以上では余分のBDを供給することに
なり,コスト的に不利となる。
本発明の特徴であるエステル化反応を2段階で行う点に
ついて,供給BDのモル比を詳細に示す。
第一段階は原料であるTPAとBDとからなるスラリーを供
給しつつエステル化反応を行い,第二段階はスラリーの
供給を行わないでエステル化反応を完結することであ
る。このような方法でエステル化反応を行うことにより
第一段階の反応ではTHFの副生を抑えつつエステル化反
応を行い,第二段階の反応では次の重縮合反応に充分な
までエステル化反応を行うことができる。
第一段階のエステル化反応におけるTPAに対するBDのモ
ル比は0.5〜2.0とすること望ましい。このモル比が0.5
より小さければ反応系の反応率を60%以上に保つことが
難しく,反応速度が低くなり,生産性が悪い。2.0より
大であれば,BDの供給量が多くなり,コスト的に不利で
ある。第二段階のエステル化反応においては,第一段階
で供給したTPAに対して,供給するBDのモル比は1.0〜0
とすることが好ましい。第二段階ではエステル化反応を
完結させるためのBDを供給すればよく,BDのモル比は1.0
以下でよい。これ以上供給しても効果はなく,コスト的
に不利である。
エステル化反応を行う際の圧力は,特に制限されない
が,3Kg/cm2以下とすることが好ましい。また,第一段階
と第二段階の圧力は,それぞれ独立に設定することがで
きる。
本発明の方法によりエステル化反応を実施するに際し,
生成BHTを一部残留させる場合,残留BHTの計量方法は種
々考えられる。例えば,放射線利用による液面計や液の
深度を差圧で検出する液面計等の液面計により計量した
り,サイトグラスにより目視で残留量を判定して反応槽
内に残留させる方法がある。また,第1図に示すよう
に,残留させるべき位置に上部から次工程への送液配管
を取り付け,所定量のBHTが残存するように加圧下に抜
き出す方法もある。所定量のBHTを残存させる方法はこ
れらに限定されるものではない。
本発明で用いる装置は,特に限定されるものはないがそ
の一例を第1図に示す。第1図において1はエステル化
反応槽,2はスラリー供給管,3は攪拌機,4は精留塔,5は凝
縮器,6は留出液還流管,7は留出液受槽,8はBHT抜き出し
管,9は重縮合反応槽へ抜き出す前のBHT液面,10は重縮合
反応槽へ抜き出し後のBHT液面である。
本発明の方法は,ポリブチレンテレフタレートを製造す
るための,TPAとBDとのエステル化反応のみならず,ポリ
ブチレンテレフタレートを主体とするポリエステルの製
造のためのエステル化反応にも適用することができ,共
重合成分を同時に供給してエステル化反応を行えばよ
い。
共重合成分の具体例としては,イソフタル酸,フタル
酸,ナフタレンジカルボン酸,トリメリット酸,ピロメ
リット酸,コハク酸,アジピン酸,セバシン酸,アゼラ
イン酸,ドデカンジカルボン酸等の芳香族及び脂肪族ポ
リカルボン酸,p−オキシ安息香酸等のオキシカルボン
酸,エチレングリコール,ジエチレングリコール,トリ
エチレングリコール,ポリテトラメチレングリコール,
1,6−ヘキサンジオール,ネオペンチルグリコール,プ
ロピレングリコール,シクロヘキサンジメタノール,ト
リメチロールプロパン,ペンタエリスリトール等のポリ
オールがあげられるが,これらに限定されるものではな
い。
また,エステル化反応を実施する際に,公知のエステル
化触媒や重縮合触媒,ヒンダードフェノール化合物のよ
うな安定剤,コバルト化合物,蛍光剤,染料のような色
調改良剤,二酸化チタンのような顔料,臭素化合物のよ
うな難燃剤等の添加物を共存させても差し支えない。
(実施例) 次に,実施例により本発明の方法をさらに具体的に説明
する。
なお,実施例及び比較例における各特性値は下記の方法
により測定したものである。
(イ)エステル化反応率 AV:試料をジオキサンに溶解した後,水酸化カリウムの
メタノール溶液で滴定して求めた酸価。
SN:試料を水酸化カリウムのエタノール溶液にて沸騰下
2時間ケン化した後,過剰の水酸化カリウムを塩酸で逆
滴定して求めたケン化価。
(ロ)THF副生量 第1段階及び第2段階のエステル化反応における留出液
中のTHF量をガスクロマトグラフィーにより求め,TPAに
対するモル%で示した。
(ハ)極限粘度〔η〕 フェノール,四塩化エタンの等重量混合溶媒中20℃で測
定した相対溶液粘度より求めた。
(ニ)ポリマーの色調 2×3×5mmのチップを粉体測定用セルに詰め,ASTM規格
のハンター型色差計を用いてUCS系L,a,b表示にて測定
し,b値を求めた。
実施例1 予め製造したTPAとBDとからのエステル化反応率95%,
平均重合度10のBHT22部(重量部,以下同じ)を,分縮
系,加熱系,攪拌系を備えたエステル化反応装置へ供給
した後,TPAに対して1.1モル倍のBDと触媒としてTPA1モ
ルに対して2×10-4モルのテトラブチルチタネート(以
下TBTという)を混合したTPA,BD及びTBTのスラリー132
部を33部/hrの速度で攪拌下に供給し,反応温度240℃,
圧力1.0Kg/cm2でエステル化反応を行った。反応により
生成した水はエステル化反応槽に付属した凝縮器及び精
留塔を通して逐次留出させ,分縮されたBDは反応槽へ還
流させ,第一段階の反応を4時間行った。エステ化反応
率はほぼ82〜85%に保持されていた。
第二段階も240℃,圧力1.0Kg/cm2にて,BDを18部/hrの速
度で攪拌下に供給し,反応により生成した水はエステル
化反応槽に付属した凝縮器及び精留塔を通して逐次留出
させ,分縮されたBDは反応槽へ還流させ,第二段階の反
応を1時間行った。得られたBHTのエステル化反応率は9
5%であった。
エステル化反応で得たBHT 110部を重縮合槽に送液し,
触媒としてTPA1モルに対して1×10-4モルのTBTを添加
し,反応温度240℃で減圧下に3.5時間重縮合した。圧力
は760mmHgから1時間で1mmHg以下て減じ,その後は1mmH
g以下とした。
得られたポリマーの極限粘度〔η〕は0.84,b値は1.5で
あった。
実施例2〜7,比較例1〜7 実施例1と同様な操作によりBHT残存量,スラリー供給
中のエステル化反応率,BD/TPAモル比,スラリー供給時
間及びエステル化反応温度を種々変更して実施した。
結果を第1表に示す。
実施例8 実施例2と同様にして,ただしTPAとBDはそれぞれ独立
に,触媒TBTはBDに混合し,間欠的に反応槽へ供給して
エステル化反応させた。
第一段階の反応は4時間であり,エステル化反応率はほ
ぼ78〜81%に保持されていた。第二段階の反応も実施例
2と同様に行い,1時間後にはエステル化反応率95%のBH
Tが得られた。
得られたBHTを実施例2と同様に重縮合した結果,極限
粘度〔η〕0.85,b値1.5のポリマーが得られた。
実施例9 実施例2と同様にして,ただし酸成分としてTPAとイソ
フタル酸とのモル比7/3の混合物,ジオール成分としてB
D,エチレングリコール及びネオペンチルグリコールのモ
ル比が7/1/2の混合物を用いて反応を行った。
第一段階の反応は4時間であり,エステル化反応率はほ
ぼ82〜84%に保持されていた。第二段階の反応も実施例
2と同様に行い,1時間後にはエステル化け反応率95%の
エステル化反応物が得られた。
得られたエステル化反応物を実施例2と同様に重縮合し
た結果,極限粘度〔η〕0.82,b値2.5のポリマーが得ら
れた。
(発明の効果) 本発明によれば,THFの副生が少なく,得られるエステル
化反応物の反応率が95%以上であり,その結果,重縮合
反応で重合度を所定の値まで容易に上昇し得るTPAとBD
との回分式エステル化方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図はエステル化反応の工程図である。 1:エステル化反応槽,2:スラリー供給管, 3:攪拌機,4:精留塔,5:凝縮器 6:留出液還流管,7:留出液受槽 8:BHT抜き出し管 9:重縮合反応槽へ抜き出し前のBHT液面 10:重縮合反応槽へ抜き出し前のBHT液面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テレフタル酸と1,4−ブタンジオールとを
    エステル化反応させるに際し,第一段階としてビス−4
    −ヒドロキシブチルテレフタレート及び/又はその低重
    合体を式(I)を満足する量で予め存在させた反応槽
    に,テレフタル酸と1,4−ブタンジオールとを式(II)
    及び(III)を満足する時間で連続的あるいは間欠的に
    供給し,反応槽の内容物のエステル化反応率が常時60〜
    92%に保持されるようにしてエステル化反応を行い,次
    いで第二段階のエステル化反応をテレフタル酸を供給す
    ることなく行うことを特徴とするテレフタル酸の回分式
    エステル化方法。 B≧A≧0.20×B (I) A:予め反応槽に存在させるビス−4−ヒドロキシブチル
    テレフタレート及び/又はその低重合体の量(重量
    部) B:1回の反応で生産すべきビス−4−ヒドロキシブチル
    テレフタレート及び/又はその低重合体の量(重量部) A/B≧−0.57×D/C+0.60 (II) C:第一段階及び第二段階のエステル化反応における全所
    要時間(hrs) D:第一段階のエステル化反応時間(hrs) D≦0.90×C (III)
  2. 【請求項2】エステル化反応温度を第一段階及び第二段
    階ともに220〜260℃とする特許請求の範囲第1項記載の
    方法。
  3. 【請求項3】反応槽に供給するテレフタル酸に対する1,
    4−ブタンジオールのモル比を1.1〜2.0とする特許請求
    の範囲第1項又は第2項記載の方法。
  4. 【請求項4】反応槽に供給するテレフタル酸に対する1,
    4−ブタンジオールのモル比を第一段階の反応において
    は0.5〜2.0,第二段階の反応においては第1段階で供給
    したテレフタル酸に対して1.0〜0とする特許請求の範
    囲第3項記載の方法。
JP61227718A 1986-09-26 1986-09-26 テレフタル酸のエステル化方法 Expired - Lifetime JPH07103073B2 (ja)

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